JP5146698B2 - Rotating electric machine - Google Patents
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Description
本発明は、回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine.
従来から、大容量化に適した回転電機として、特許文献1記載のものが知られている。この回転電機は、永久磁石型同期モータとして好適な極数とコイル数の組合せにより、誘起電圧波形を正弦波に近づけることができ、しかもコギングトルクの振幅を小さくすることで必要なスキュー角度も小さくすることができるというものである。したがって、この回転電機は、大容量化してもアンバランス吸引力の影響が小さいという特長を有している。 Conventionally, as a rotating electrical machine suitable for increasing the capacity, the one described in Patent Document 1 is known. This rotating electrical machine can make the induced voltage waveform close to a sine wave by a combination of the number of poles and the number of coils suitable as a permanent magnet type synchronous motor, and the required skew angle can be reduced by reducing the amplitude of the cogging torque. It can be done. Therefore, this rotating electrical machine has a feature that the influence of the unbalanced suction force is small even when the capacity is increased.
しかしながら、上記特許文献1には、大容量化に伴い大型化する回転電機に適した構造が開示されていなかった。 However, Patent Document 1 does not disclose a structure suitable for a rotating electrical machine that increases in size with an increase in capacity.
そこで、本発明は、大容量化に伴う大型化に適した軽量構造を有する回転電機を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the rotary electric machine which has a lightweight structure suitable for the enlargement accompanying a capacity increase.
上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、中空形状のフレームの軸方向の一端部に設けられたフランジ部と、シャフトを有し当該シャフトが前記フランジ部に回転自在に支持されたロータ部と、前記フレームの内部に固定され前記ロータを取り囲んで設けられたステータ部と、を備え、前記ロータ部が、前記軸方向に配置され当該軸方向に凹部が形成された第1のロータコアおよび第2のロータコアを有しており、前記ステータ部が、前記軸方向に配置された第1のステータコアおよび第2のステータコアを有しており、前記第1のロータコア及び前記第2のロータコアは、最外周側に位置し、前記第1のステータコア及び第2のステータコアの内周側にそれぞれ対向するロータコア外周部と、最内周側に位置し、前記ロータコア外周部よりも小さな軸方向寸法を備えたロータコア内周部と、前記ロータコア外周部と前記ロータコア内周部とを径方向に接続するロータコア中央部と、をそれぞれ備えており、前記シャフトは、最大径を与えるロータコア取付部、及び、前記ロータコア取付部より小径の小径部、を有する段付き形状を備えており、前記第1のロータコア及び前記第2のロータコアの前記ロータコア内周部は、前記小径部に取り付けられており、互いに軸方向に対向する前記第1のロータコアおよび前記第2のロータコアの前記ロータコア外周部及び前記ロータコア中央部と、前記シャフトの前記ロータコア取付部と、の間に位置する、凹部によって形成されるロータコア空間部を備えたことを特徴とする回転電機が適用される。 In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention, a flange portion provided at one end portion in the axial direction of a hollow frame and a shaft are rotatably supported by the flange portion. And a stator portion fixed inside the frame and surrounding the rotor, the rotor portion being arranged in the axial direction and having a recess formed in the axial direction. And the stator portion has a first stator core and a second stator core arranged in the axial direction, and the first rotor core and the second rotor core are provided. The rotor core is located on the outermost circumferential side, and is located on the outermost circumferential side of the rotor core that faces the inner circumferential side of the first stator core and the second stator core. A rotor core inner peripheral portion having an axial dimension smaller than the outer peripheral portion, and a rotor core central portion that connects the rotor core outer peripheral portion and the rotor core inner peripheral portion in a radial direction, and the shaft is a maximum A rotor core mounting portion for providing a diameter, and a stepped shape having a smaller diameter portion smaller than the rotor core mounting portion, and the rotor core inner peripheral portions of the first rotor core and the second rotor core are configured to have the small diameter. The rotor core outer peripheral portion and the rotor core central portion of the first rotor core and the second rotor core, which are axially opposed to each other, and located between the rotor core mounting portion of the shaft , the rotary electric machine is applied, characterized in that it comprises a rotor core space formed by the recess.
本発明によれば、大容量化に伴う大型化に適した軽量構造の回転電機を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the rotary electric machine of the lightweight structure suitable for the enlargement accompanying capacity increase can be provided.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。なお、同一の構成については同一の符号を付することにより、重複説明を適宜省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, about the same structure, the same code | symbol is attached | subjected and duplication description is abbreviate | omitted suitably.
<第1実施形態>
まず、図1から図3を参照しつつ、本発明の第1実施形態に係る回転電機の外観構成について説明する。図1は回転電機の側面図、図2は回転電機の正面図、図3は回転電機の上面図である。
<First Embodiment>
First, the external configuration of the rotating electrical machine according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. 1 is a side view of the rotating electrical machine, FIG. 2 is a front view of the rotating electrical machine, and FIG. 3 is a top view of the rotating electrical machine.
図1から図3に示すように、非常に大きな出力を有する大型のモータである回転電機10は、シャフト11を水平にした状態で、板状のフランジ部12を介してブラケットBに図示せぬボルトで固定されている。回転電機10の上部には、回転電機10をクレーンで吊り上げるための吊り輪13が4つ取り付けられている。回転電機10の表面は、カバー14で覆われており、回転電機10の両側面には、それぞれ冷却用のファン15が4つずつ設けられている。回転電機10の後部には、モータの位置、速度を制御するエンコーダ部16が設けられており、エンコーダ部16部の上方には、電源を供給するコネクタ部17が設けられている。
なお、ファン15は、シャフト11の軸方向から回転電機10を平面視して回転電機10の対抗する側面に対向して配置されている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the rotating
Note that the
(回転電機10の内部構造)
次に、図4を用いて、回転電機10の内部構造について説明する。図4は、回転電機の側断面図である。回転電機10の回転軸には、シャフト11が軸方向に貫通して設けられている。回転電機10は、略角形状かつ中空形状のフレーム20の軸方向一端部にフランジ部12を備えている。また、フレーム20の軸方向他端部には蓋部18を備えている。シャフト11は、フランジ部12および蓋部18に設けられた軸受部21、22によって、回転自在に支持されている。
(Internal structure of rotating electrical machine 10)
Next, the internal structure of the rotating
(ロータ部30の構成)
シャフト11には、ロータ部30が固定されており、ロータ部30はシャフト11と一体となって回転するようになっている。ロータ部30は、第1のロータコア31Aおよび第2のロータコア31Bを含んでおり、第1のロータコア31Aと第2のロータコア31Bは軸方向に並んで配置されている。第1のロータコア31Aおよび第2のロータコア31Bの外周表面には、磁石32が備えられている。磁石32は、永久磁石である。シャフト11は、異なる外径を備えた段付形状となっている。シャフト11の軸方向中央付近の最も外径が大きな部分には、ロータコア取付部11aが設けられており、ロータコア取付部11aの軸方向両側面のロータコア取付面11b、11cにはそれぞれロータコア31A、31Bがボルト33によって固定されている。固定の方法は特に限定されるものではなく、キーやシュパンリングなどを使用して固定してもよい。
(Configuration of rotor unit 30)
A
それぞれのロータコア31A、31Bは、磁石32が取り付けられるロータコア外周部34と、ロータコア31A、31Bをロータコア取付部11aに取り付けるためのロータコア内周部35と、ロータコア外周部34とロータコア内周部35とを連結するロータコア中央部36とを含んでいる。ロータコア外周部34は、ロータコア中央部36から軸方向両側に延出する形状となっている。したがって、第1のロータコア31Aと第2のロータコア31Bは、軸方向に凹部が形成された形状となっている。
ロータ部30には、主にロータコア外周部34とロータコア中央部36とロータコア取付部11aとによって、ロータコア空間部37が形成されている。言い換えると、ロータ部30には、第1のロータコア31Aおよび第1のロータコア31Bの対抗する凹部によってロータコア空間部37が形成されている。このロータコア空間部37が存在することにより、ロータ部30の軽量化が図られており、ロータ部30のイナーシャの低減が実現され、高効率のモータが実現されている。このような構成により、大容量化に伴う大型化に適した軽量化構造を有する回転電機を提供することができる。
Each of the
In the
(ステータ部40の構成)
ロータ部30の外周には、空隙を介してロータ部30を取り囲むように、ステータ部40が設けられている。ステータ部40は、第1のステータコア41Aと第2のステータコア41Bを含んでおり、第1のステータコア41Aと第2のステータコア41Bは軸方向に並んで配置されている。第1のステータコア41Aおよび第2のステータコア41Bは、フレーム20の内部に固定されている。
第1のステータコア41Aと第2のステータコア41Bの間には、フランジ部12と略平行に、鋼板またはステンレス鋼などの金属で形成された補強板42が設けられている。このような構成により、大容量化に伴う大型化に適した高剛性構造を有する回転電機を提供することができる。
なお、第1のステータコア41A、第2のステータコア41B、および補強板42は、ピン43が挿入されることによって、それぞれ位置決めされ、フレーム20に対して固定されている。これにより、ステータ部40の高剛性化が図られている。
また、ピン43は、単一の部材であり、かつ、フレーム20の軸方向の一端部から、第1のステータコア41A、補強板42、および第2のステータコア41Bを貫通して、フレーム20の軸方向の他端部まで到達しているので、ステータ部40の剛性をより一層高めている。
(Configuration of Stator 40)
A
Between the
The first stator core 41 </ b> A, the second stator core 41 </ b> B, and the
Further, the
(補強板の詳細形状説明)
次に、図5を参照して、補強板の詳細形状を説明する。図5は、ステータ部の部分断面図であり、図5(a)は、図4におけるA−A‘断面、図5(b)は、図4におけるB−B‘断面である。図5(a)に示すように、第1のステータコア41Aには、複数のティース51が形成されており、ティース51の周囲には図示せぬコイルが巻回されている。また、図5(b)に示すように、補強板42には、コイルが巻回されたティース51よりもやや幅が大きく高さが高い複数の舌部52が形成されている。これにより、ティース51の変形を防止でき、簡便にコイルの挿入ができるという効果がある。したがって、このような構成により、製造容易な回転電機を提供することができる。
(Detailed shape explanation of reinforcing plate)
Next, the detailed shape of the reinforcing plate will be described with reference to FIG. 5A and 5B are partial cross-sectional views of the stator portion. FIG. 5A is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 4, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line BB ′ in FIG. As shown in FIG. 5A, a plurality of
(補強バーによる補強構造の説明)
次に、図6を参照して、回転電機の補強バーによる補強構造を説明する。図6は、カバーを外した回転電機の側面図である。回転電機10の軸方向中央部には、前述の補強板42が設けられており、シャフト11の軸方向からフレーム20を平面視してフレーム20の対向する両方の側面には、補強板42に直交して、軸方向の補強バー61がフレーム20に取り付けられている。また、フレーム20の対角を結ぶように斜め方向の補強バー62a、62bが互いに交差してフレーム20に取り付けられている。
このような構成により、大容量化に伴う大型化に適した高剛性構造を有する回転電機を提供することができる。すなわち、上述した補強バーによる補強構造を採用することにより、フレーム20が強力に補強される結果、非常に大型で大重量のモータにもかかわらず、シャフト11を略水平にした状態において、フランジ部12をブラケットBに固定したフランジ固定による回転電機10の片持ち支持が可能となっている。
(Explanation of reinforcement structure with reinforcement bar)
Next, with reference to FIG. 6, the reinforcement structure by the reinforcement bar of a rotary electric machine is demonstrated. FIG. 6 is a side view of the rotating electrical machine with the cover removed. The above-described reinforcing
With such a configuration, it is possible to provide a rotating electrical machine having a highly rigid structure suitable for an increase in size accompanying an increase in capacity. That is, by adopting the above-described reinforcing structure by the reinforcing bar, the
(ファンによる冷却動作)
次に、図7を参照しつつ、ファンによる冷却動作について説明する。図7は、ファン冷却の模式図である。図7に示すように、ファン15は回転電機10の内部に送風するようにファン15の回転方向が設定されている。ファン15は、ロータ部30の軸線に対して対称に配置されている。上部(軸線に対して一方側)に設定されたファン15による風は、ステータ部40に当たってステータ部40から熱を奪った後、跳ね返って、回転電機10の上部から排出される。また、下部(軸線に対して他方側)に設定されたファン15による風は、ステータ部40に当たってステータ部40から熱を奪った後、跳ね返って、回転電機10の下部から排出される。回転電機10はフランジ部12でブラケットBに片持ち固定されており、回転電機10の上下には障害物が存在しないため、ステータ部40に当たった冷却風は、回転電機10から円滑に流れ出るようになっている。したがって、非常に高出力で高熱を発生する回転電機10を、効果的に冷却できるようになっている。このような構成により、大容量化に伴う発熱を効果的に冷却する構造を有する回転電機を提供することができる。
(Cooling by fan)
Next, the cooling operation by the fan will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic diagram of fan cooling. As shown in FIG. 7, the rotation direction of the
なお、ファン15はフレーム20または補強バー62a、62bに固定されるが、補強バー62a、62b上にファン15を配置すると、ファン15による送風が補強バー62a、62bに当たって拡散されることにより、冷却効率が更に向上するので望ましい。
The
以上説明したように、本実施形態に係る回転電機10は、フレーム部に補強板42、あるいは、補強バー62a,62bを有することにより、フランジ固定による片持ち支持をすることができる。更に、ファン15を適切な位置に配置することになり、冷却の効果をより一層高めることができる。また、フレーム20の側面にファン15を設けることにより、ファン15が側面の補強部材として機能するので、フレームの剛性をより一層高めることができる。
As described above, the rotating
以上、本発明の実施形態について説明した。ただし、いわゆる当業者であればこの実施形態から適宜変更が可能であることは言うまでも無く、このような変更が施された場合でも、本発明の技術的範囲に含まれることも付言しておく。 The embodiment of the present invention has been described above. However, it goes without saying that those skilled in the art can make appropriate modifications from this embodiment, and even if such modifications are made, they are also included in the technical scope of the present invention. deep.
(ロータスキューの説明)
例えば、上記実施形態では、ロータ部30をスキューしない例を説明したが、ロータ部30をスキューすることも可能である。ここで、図8を参照して、ロータ部30のスキューを説明する。図8は、ロータ部30のスキューの模式図である。図8(a)はロータコア取付面72を示し、図8(b)はロータコア内周部35を示している。ロータコア取付面11bまたは11cを表しているロータコア取付面72には、雌ネジ部71が円周上に等ピッチで形成されている(図8(a)では24箇所)。また、ロータコア内周部35には、円周上に耐トルクに必要な数のボルト挿入用の孔(第1の孔73a)が等ピッチで形成されている(図8(b)では6箇所)。さらに、第1の孔から所定の角度(α、β、γ)ずらした位置にも、耐トルクに必要な数のボルト挿入用の孔(第2の孔73b、第3の孔73、第4の孔73d)が等ピッチで形成されている。このような構成により、比較的自由度が大きな状態で、ロータ部30をスキューすることができる。また、この構造を第1のロータコア31Aと第2のロータコア31Bの両側へ施すことにより、上述した所定の角度(α、β、γ)とは異なる角度(例えば(α−β)や(α+β)等)にロータ部30をスキューすることも可能となる。ロータ部30をスキューすることにより、コギング推力を軽減し、スムーズな制御を可能とするという効果が得られる。
(Explanation of rotor skew)
For example, in the above embodiment, an example in which the
なお、上記実施形態では、ファン15をカバー14あるいはフレーム20に取り付けたものを示したが、ファンを斜め方向の補強バー62a、62bに取り付けると、ファン15が構造部材として機能し、フレーム20の剛性が更に向上するので望ましい。また、ファン15の中央部に斜め方向の補強バー62a、62bが位置するようにすると、冷却風が補強バー62a、62bの両側にほぼ均等に流れ、冷却効率が更に向上するので望ましい。
また、回転電機10はモータに限られるものではなく、発電機なども含むものである。
In the above embodiment, the
Further, the rotating
また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用してもよい。 In addition to those already described above, the methods according to the above-described embodiments and modifications may be used in appropriate combination.
その他、一々例示はしないが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。 In addition, although not illustrated one by one, the present invention is implemented with various modifications within a range not departing from the gist thereof.
10 回転電機
11 シャフト
12 フランジ部
20 フレーム
30 ロータ部
40 ステータ部
41A 第1のステータコア
41B 第2のステータコア
42 補強板
61,62a,62b 補強バー
DESCRIPTION OF
Claims (3)
シャフトを有し当該シャフトが前記フランジ部に回転自在に支持されたロータ部と、
前記フレームの内部に固定され前記ロータを取り囲んで設けられたステータ部と、
を備え、
前記ロータ部が、
前記軸方向に配置され当該軸方向に凹部が形成された第1のロータコアおよび第2のロータコアを有しており、
前記ステータ部が、
前記軸方向に配置された第1のステータコアおよび第2のステータコアを有しており、
前記第1のロータコア及び前記第2のロータコアは、
最外周側に位置し、前記第1のステータコア及び第2のステータコアの内周側にそれぞれ対向するロータコア外周部と、
最内周側に位置し、前記ロータコア外周部よりも小さな軸方向寸法を備えたロータコア内周部と、
前記ロータコア外周部と前記ロータコア内周部とを径方向に接続するロータコア中央部と、
をそれぞれ備えており、
前記シャフトは、
最大径を与えるロータコア取付部、及び、前記ロータコア取付部より小径の小径部、を有する段付き形状を備えており、
前記第1のロータコア及び前記第2のロータコアの前記ロータコア内周部は、前記小径部に取り付けられており、
互いに軸方向に対向する前記第1のロータコアおよび前記第2のロータコアの前記ロータコア外周部及び前記ロータコア中央部と、前記シャフトの前記ロータコア取付部と、の間に位置する、凹部によって形成されるロータコア空間部を備えたことを特徴とする回転電機。 A flange portion provided at one end of the hollow frame in the axial direction;
A rotor portion having a shaft, the shaft being rotatably supported by the flange portion;
A stator part fixed inside the frame and surrounding the rotor;
With
The rotor part is
Having a first rotor core and a second rotor core arranged in the axial direction and having a recess formed in the axial direction;
The stator portion is
Having a first stator core and a second stator core arranged in the axial direction;
The first rotor core and the second rotor core are:
A rotor core outer peripheral part located on the outermost peripheral side and facing the inner peripheral side of the first stator core and the second stator core;
A rotor core inner peripheral portion that is located on the innermost peripheral side and has a smaller axial dimension than the rotor core outer peripheral portion;
A rotor core central portion that connects the rotor core outer peripheral portion and the rotor core inner peripheral portion in a radial direction;
Each with
The shaft is
It has a stepped shape having a rotor core mounting portion that gives a maximum diameter, and a small diameter portion that is smaller in diameter than the rotor core mounting portion,
The rotor core inner peripheral portions of the first rotor core and the second rotor core are attached to the small diameter portion,
A rotor core formed by a recess located between the outer periphery of the first and second rotor cores and the rotor core central portion of the first and second rotor cores facing each other in the axial direction and the rotor core mounting portion of the shaft. A rotating electric machine comprising a space portion.
前記第1のロータコア及び前記第2のロータコアの前記ロータコア内周部の軸方向寸法は、前記ロータコア外周部の軸方向寸法よりも短く、The axial dimension of the inner periphery of the rotor core of the first rotor core and the second rotor core is shorter than the axial dimension of the outer periphery of the rotor core,
前記ロータコア内周部は、The inner circumference of the rotor core is
前記シャフトの前記ロータコア取付部の軸方向両側に接触して設けられているProvided in contact with both axial sides of the rotor core mounting portion of the shaft.
ことを特徴とする回転電機。Rotating electric machine characterized by that.
前記第1のロータコア及び前記第2のロータコアの前記ロータコア内周部は、The rotor core inner periphery of the first rotor core and the second rotor core is:
当該ロータコア内周部を軸方向に貫通するボルトにより、前記ロータコア取付部の軸方向両側のロータコア取付面に対し軸方向に固定されているIt is fixed in the axial direction with respect to the rotor core mounting surfaces on both sides in the axial direction of the rotor core mounting portion by bolts passing through the inner periphery of the rotor core in the axial direction.
ことを特徴とする回転電機。Rotating electric machine characterized by that.
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